Тверской Ю.С. Локальные системы управления

Подождите немного. Документ загружается.

Учебно-методическое

пособие

ИВАНОВО

–

2011

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ивановский государственный энергетический

университет имени В.И. Ленина»

Ю.С. ТВЕРСКОЙ

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ивановский государственный энергетический университет

имени В.И. Ленина»

Ю.С. ТВЕРСКОЙ

Локальные системы управления

Учебно-методическое пособие

Иваново 2011

УДК 681.3

Т 26

Тверской Ю.С. Локальные системы управления: Учеб.-метод.

пособие / ФГБОУВПО «Ивановский государственный

энергетический университет имени В.И. Ленина». – Иваново,

2011. – 128 с. – ISBN

Учебно-методическое пособие содержит сведения и

рекомендации, необходимые студентам для качественного

выполнения курсового проекта (работы) по дисциплине

«Локальные системы управления электростанций»

специальности «Управление и информатика в технических

системах» в рамках направления «Управление в технических

системах». Материалы пособия могут быть полезны также для

преподавателей, магистров и студентов, выполняющих

соответствующие разделы курсовых и дипломных проектов, в

том числе по смежным специальностям (профилям).

Табл. 7. Ил. 62. Библиогр.: 25 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический

университет имени В.И. Ленина»

Научный редактор

Рецензент

кафедра систем управления ФГБОУВПО «Ивановский

государственный энергетический университет имени

В.И. Ленина»;

доктор техн. наук С.А. Таламанов (м.р.)

ISBN  Ю.С.Тверской, 2011

Оглавление

Введение ....................................................................... 5

1. Основные характеристики и анализ

особенностей объекта управления ................................ 9

1.1. Общая характеристика объекта управления .................. 9

1.2. Разработка PI-диаграммы ................................................ 9

1.3. Формулирование технологических задач управления.... 11

1.4. Обоснование технических требований качества

регулирования .................................................................... 13

2. Анализ технических решений ................................ 16

2.1. Обзор функций и типовых решений ................................. 16

2.2. Разработка схемы сквозной информационно-

функциональной структуры системы управления ........... 18

2.3. Патентно-информационные исследования ..................... 20

2.4. Обоснование расчетных структур систем

управления ......................................................................... 21

3. Разработка аналитических математических

моделей объектов управления ....................................... 25

3.1. Теоретические основы построения нелинейных

динамических моделей технологических объектов

управления .......................................................................... 25

3.2. Построение нелинейной динамической модели

сложного объекта управления ........................................... 33

4. Идентификация динамических характеристик

по каналам объекта регулирования ............................... 36

4.1. Методика экспериментального определения

динамических характеристик ............................................. 36

4.2. Фонд экспериментальных характеристик объектов

энергетики .......................................................................... 39

5. Оценка адекватности математических моделей . 46

5.1. Исследование динамических характеристик

имитационных моделей тренажеров ................................ 46

5.2. Оценка адекватности модели во временной

области ................................................................................ 50

5.3. Оценка адекватности модели в частотной

области ................................................................................ 52

5.4. Оценка адекватности нелинейных математических

моделей ............................................................................... 55

6. Алгоритмический синтез систем управления

и их сравнительный анализ ............................................. 61

6.1. Разработка расчетной структуры системы

управления (структурный синтез) ..................................... 61

6.2. Обоснование критерия оптимизации и

автоматизированный расчет оптимальных

параметров настроек регулятора (параметрический

синтез).................................................................................. 61

6.3. Сравнительный анализ вариантов технических

решений систем управления (имитационное

моделирование на основе модели ОУ) ............................ 62

6.4. Пример технического решения с математическими

моделями ТОУ по каналам «вход–выход»

в виде передаточных функций .......................................... 63

6.5. Пример исследования вариантов АСР

пылеподачей в пылесистемах прямого вдувания

с нелинейной математической моделью .......................... 78

7. Примерный перечень тем исследований ............. 88

Библиографический список ....................................... 89

Приложения................................................................... 92

Приложение 1. Нормы качества поддержания

технологических параметров ТЭС ........................................... 92

Приложение 2. Перечень руководящих документов

электроэнергетической отрасли (РД 34) ................................. 103

Приложение 3. Разработка ТЗ на систему управления ....... 122

Приложение 4. Титульный лист задания ……………………..127

Введение

1. Основная цель курсовой работы (проекта) по

дисциплине «Локальные системы управления»:

 формирование системного подхода в части решения

задач алгоритмического обеспечения базового контроллерного

уровня АСУТП путем интеграции и использования знаний по

общепрофессиональным и специальным инженерным

дисциплинам (рис. В.1) для обоснования выбора наиболее

эффективного варианта локальной системы управления (ЛСУ) в

общей структуре АСУТП сложного технического объекта

(энергоблок, электростанция).

ЛОКАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

основные базовые дисциплины

 Технические средства

автоматизации и

управления

 Программно-

технические

комплексы ПТК

сетевой иерархической

структуры

 Технологические

процессы и

установки

электростанций

 Режимы работы ТЭС

 Математические основы теории систем

 Теория автоматического управления

 Моделирование систем управления

Объект управления

Управляющий объект

Полевая зона

 Метрология и

технологические

измерения

 Регулирующие

органы систем

управления

Рис. В.1. Основные базовые дисциплины, знание материала которых

необходимо для успешного выполнения курсового проекта (работы)

2. Содержание типового задания

на курсовой проект

(работу) включает:

 анализ особенностей объекта управления и требований

НТД;

 обзор типовых и альтернативных технических решений

(аналитический обзор опубликованных материалов,

целесообразно использовать результаты УИР и ПИИ);

 формулирование технологических задач управления;

 разработку технических требований (конкретной

подсистемы);

 алгоритмический синтез системы управления:

Служит прототипом специальной части дипломной работы (проекта) [25].

 построение математической модели объекта

управления (ОУ);

 структурный синтез АСР;

 параметрическая оптимизация системы (расчет

оптимальных параметров настроек) в соответствии с

выбранным критерием оптимальности;

 сравнительный анализ (исследование) вариантов

технических решений (имитационное моделирование

на основе модели ОУ и действующих возмущений –

детерминированных, случайных);

 индивидуальное задание (целесообразно в развитие

выполненной УИР):

 разработка нелинейных математических моделей ОУ;

 разработка САУ на основе методов нечеткого и

адаптивного управления;

 разработка методических вопросов ввода системы

управления в штатную эксплуатацию (использование

экспериментальных методов настройки АСР);

 расчет регулирующей арматуры (РО) и исследование

влияния характеристик РО на качество управления;

 составление проектной документации, заказной

спецификации на подсистему управления или иное по

согласованию с руководителем.

3. Структура и объем проекта (работы):

 Пояснительная записка:

1) титульный лист;

2) реферат;

3) задание на курсовой проект;

4) введение;

5) содержательная часть;

6) заключение;

7) список литературы;

8) приложения.

 Перечень графического материала (2 – 3 листа формата А1):

1) чертеж PI-диаграммы технологического объекта

управления (ТОУ);

2) схема информационно-функциональной структуры

(ИФС) локальной системы управления;

3) иллюстрации к результатам анализа систем

управления (типовые расчеты АСР).

4. Программно-методические и технические средства

поддержки технологии сквозного проектирования:

Стадия функционального проектирования

 ПМК анализа и синтеза структурно-сложных систем

управления «Classic».

 ПМК идентификации и параметрической оптимизации

АСР частотными методами «ТЕМП».

 «Фонд экспериментальных динамических характеристик

паровых котлов ТЭС» и др.

 Инструментальные средства САПР ПТК.

 Универсальная среда имитационного моделирования

(свободно распространяемый комплект системы MathLab,

Vis_Sim и др.).

Стадия конструкторского проектирования

 ПМК агрегативно-декомпозиционной технологии

проектирования технических структур СКУ «AutomatiCS».

Стадия технологического проектирования

 Учебно-научный тренажерный комплекс «Полигон АСУТП

электростанций».

 Учебно-научная лаборатория «Метрология и

технологические измерения» («полевая» зона).

5. График выполнения проекта

Сроки

контроля

Объем выполненной работы, %

Отчетность

Содержательная

часть

в процентах всего

5.10.11

Общие и

технологические

вопросы

20 20 ТК

20.10.11

Обоснование

структурных

решений

20 40

1.11.11

Разработка

математических и

имитационных

моделей

20 60 ПК

10.11.11

Исследование

результатов

20 80

20.11.11

до 1.12.11

Оформление и

защита

20 100

Зачет с

оценкой

С = 20 х ТК + 20 х ПК + 60 х З

оц

. С

max

= 100+100+300= 500.

В первой главе учебно-методического пособия даются

рекомендации по анализу основных характеристик и

особенностей объекта управления. Результат анализа ТОУ

сопровождается разработкой PI-диаграммы и формулированием

технологических задач управления. Рассмотрен пример способа

реализации технологической задачи управления

эффективностью топочного процесса в факельной топке

парового котла. Приводятся нормы качества статической и

динамической точности поддержания технологических

параметров автоматическими системами управления.

Вторая глава посвящена рассмотрению нормативного

объема автоматизации ТОУ и поиску альтернативных решений.

В третьей главе приведены рекомендации и типовые

примеры по разработке нелинейных (всережимных)

динамических моделей сложных объектов управления.

В четвертой главе приведена методика экспериментального

определения динамических характеристик ТОУ и рекомендации

по выбору маршрутов проектирования математического

обеспечения АСР непараметрическими методами.

В пятой главе рассмотрены методы оценки адекватности

линейных математических моделей во временной и частотных

областях. В ней рассмотрен также новый подход оценки меры

адекватности нелинейных (всережимных) аналитических

моделей сложного объекта, функционирующего в структуре

АСУТП.

В шестой главе рассмотрены вопросы алгоритмического

синтеза и анализа альтернативных технических решений.

В седьмой главе приведены рекомендуемые направления

выполнения УИР, которые, как правило, связаны с научными

исследованиями ППС и сотрудников кафедры.

В приложении 1 приведены нормы качества поддержания

технологических параметров ТЭС.

В приложении 2 приведен перечень руководящих

документов электроэнергетической отрасли и названия

основных документов, затрагивающих проблемы автоматизации,

диагностики и управления на ТЭС.

В приложении 3 приведены рекомендации по разработке ТЗ

на локальную систему управления в составе АСУТП.

В приложении 4 показан образец титульного листа задания

на курсовой проект по дисциплине.